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COⅠ 유전자 서열을 이용한 칠게(Macrophthalmus japonicus) 집단의 유전적 다양성 연구

Title
COⅠ 유전자 서열을 이용한 칠게(Macrophthalmus japonicus) 집단의 유전적 다양성 연구
Other Titles
Genetic diversity analysis of Macrophthalmus japonicus in Korea
Authors
임송미
Issue Date
2020
Department/Major
교육대학원 생물교육전공
Publisher
이화여자대학교 교육대학원
Degree
Master
Advisors
정종우
Abstract
칠게(Macrophthalmus japonicus)는 조간대에서 흔히 볼 수 있는 종으로 동해의 포항 이북을 제외한 우리나라 전 해역에 고르게 분포하고 있기에 집단의 서식 지역에 따른 유전적 다양성 연구에 적합한 종이다. 또한 삼면이 바다로 이루어진 우리나라에서 갯벌은 빼놓을 수 없는 중요 자원 중 하나이다. 칠게는 먹이사슬의 하층에 자리 잡고 있어 철새 및 낙지 등의 먹이 생물로서 중요한 기초생물일 뿐만 아니라 갯벌의 자연정화에도 많은 영향을 주는 해양 생태계의 중요한 저서생물이다. 그러므로 본 연구는 한국 칠게에 대한 유전학적 자료를 제공하여 향후 칠게를 포함한 다양한 해양 생물 종 연구에 기여하고자 한다. 숨은종의 경우 형태학적인 정보만으로는 밝히기 어렵기 때문에 분자학적인 근거가 요구된다. 외부의 형태학적 형질이 뚜렷한 성체가 되기 전에는 정확한 동정에 제한이 많으며, 지역의 생태적 차이로 인한 변이가 발생함에 따라 종 분류에 어려움이 따른다. 따라서 한국에 서식하는 칠게의 분자계통수를 알아보고 유전자 정보를 얻기 위하여 DNA 바코드 기법을 사용하였다. 이는 유전자의 짧은 염기서열을 이용하여 종을 동정하는 기법을 말한다. DNA 바코드 기법은 Herbert에 의해 제안되었으며 생물의 동정을 위한 표준화된 유전자의 짧은 염기서열을 이용한다. 지속적으로 데이터가 축적되어 있고 DNA 바코드로 많이 사용되고 있는 미토콘드리아 COⅠ유전자를 이용하여 칠게 집단의 지역별 다양성과 유전적 다양도, 분자 계통 분석을 실시하였다. 본 연구는 태안(TA), 서천(SeoCH), 사천(SaCH), 제주(JJ) 4개의 지역에서 채집한 49개체의 칠게를 대상으로 미토콘드리아 COⅠ 유전자의 지역별 다양성과 DNA 바코드, 유전적 구조에 대하여 분석하였으며 결과는 다음과 같다. 첫째, 한국 칠게 집단의 지역별 유전적 다양성을 분석한 결과 총 49개의 개체에서 43개의 단상형(h, number of haplotype)을 가지고 있는 것을 보아 유전적 다양성이 높음을 알 수 있었다. 또한 단상형 다양도 값(Hd, Haplotype diversity)은 사천(SaCH)이 가장 높아 유전적 다양성이 높음을 확인할 수 있었다. 이어 태안(TA), 서천(SeoCH), 제주(JJ) 세 지역 모두 0.500 이상의 값을 나타내었기 때문에 유전적 다양성이 낮은 지역으로 보기는 어렵다. 따라서 네 지역 모두 유전적 다양성이 높은 지역으로 판단할 수 있었다. 집단 크기의 변동 분석을 위해 실시한 Tajima의 검정법에서는 네 집단이 모두 음의 값을 나타내어 팽창을 겪었을 것이라 추측할 수 있었다. 불일치 분포도 분석(mismatch distribution analysis)에서는 태안(TA)과 서천(SeoCH)지역의 결과에서 두 개의 peak를 보여 칠게 외에 다른 종이 포함되어 있음을 유추할 수 있었다. 둘째, 칠게의 DNA 바코드 분석을 위하여 먼저 분자계통학적 분석을 실시하였다. Neighbor Joining(NJ) 계통수와 Maximum Likelihood(ML) 계통수 모두에서 태안(TA)의 한 개체와 서천(SeoCH)집단이 사천(SaCH), 제주(JJ)지역 그리고 태안(TA)의 나머지 개체들과 다른 분기군(clade)을 형성하고 있는 것을 확인 할 수 있었다. 태안(TA)의 12개 개체와 사천(SaCH), 제주(JJ)집단 사이에서는 특별한 차이가 없는 것으로 확인되었다. BLAST 검정을 실시한 결과, 태안(TA)의 한 개체와 서천(SeoCH) 집단의 개체들은 근연종인 길게(Macrophthalmus abbreviatus)로 밝혀졌다. 셋째, 칠게 집단의 유전적 구조를 분석하기 위해 집단 쌍(pairwise) FST의 분석을 진행하였고 이를 통해 태안(TA), 사천(SaCH)집단 간의 유전적 거리가 가장 가까운 것을 확인할 수 있었다. 서천(SeoCH)은 태안(TA), 사천(SaCH), 제주(JJ)의 세 지역과 높은 값을 보여 집단 간의 유전적 거리가 먼 것을 확인하였다. 분자 분산 분석(AMOVA)에서는 유전적 다양성 분석의 결과를 바탕으로 3개의 그룹을 설정하였다. 그 결과, 서천(SeoCH)그룹과 태안(TA), 사천(SaCH), 제주(JJ) 그룹 사이에 유전자 이동이 활발하게 이루어지지 않았음을 판단할 수 있었다. ;Macrophthalmus japonicus is a common species in the intertidal zone and is distributed evenly in all waters except north of Pohang in the East Sea, so it is suitable for genetic diversity study according to population habitat. In addition, tidal flats are one of the important resources in Korea where three sides are made of sea. Macrophthalmus japonicus is located in the lower layer of the food chain, and is an important basic organism as a feed creature such as migratory birds and octopus, and is an important benthic organism of the marine ecosystem that affects the natural purification of the tidal flats. Therefore, this study provides genetic data on Macrophthalmus japonicus and contributes to the study of various marine species including Macrophthalmus japonicus in the future. In the case of cryptic species, molecular basis is required because it is difficult to reveal with morphological information alone. Before the external morphological traits become distinct adult, there are many restrictions on accurate identification, and as variations due to ecological differences in the region occur, species classification is difficult. Therefore, DNA barcode technique was used to identify the molecular system of Macrophthalmus japonicus and to obtain genetic information, which is a technique to identify species using a short sequence of genes. DNA barcode technique was proposed by Herbert and uses a short sequence of standardized genes for identification of organisms. The mitochondrial COI gene, which is accumulating data and is widely used as a DNA barcode, was used to analyze regional diversity, genetic diversity, and molecular phylogeny of the group. The study analyzed the regional diversity of mitochondrial COI gene, the composition of species and genetic structure of the population in 49 species of Macrophthalmus japonicus collected from 4 regions of Taean(TA), Seocheon(SeoCH), Sacheon(SaCH), and Jeju(JJ). The results are as follows. First, the analysis of regional genetic diversity of Macrophthalmus japonicus population showed that 43 single-types(h, number of haplotypes) were found in 49 individuals. In addition, the single-phase diversity(Hd) was the highest in Sacheon(SaCH), which indicates that genetic diversity is high. Since all three regions of Taean (TA), Seocheon(SeoCH), and Jeju(JJ) have values of over 0.500, it is difficult to see them as areas with low genetic diversity. Therefore, all four regions were judged to have high genetic diversity. In Tajima's test method conducted for the analysis of group size change, it was judged that all four groups had negative values and experienced expansion. In mismatch distribution analysis, it was inferred that there were two peaks in the results of Taean(TA) and Seocheon(SeoCH) areas, which included other species besides Macrophthalmus japonicus. Second, molecular phylogenetic analysis was performed to analyze the DNA barcode of the Macrophthalmus japonicus. In both the Neighbor Joining(NJ) and Maximum Likelihood(ML) phylogeny, one of Taean(TA) and the Seocheon(SeoCH) group formed Sacheon(SaCH), Jeju(JJ) and other branch groups. There was no significant difference between 12 individuals of Taean(TA) and Sacheon(SaCH) and Jeju(JJ) groups. As a result of BLAST test, one of the populations in Taean(TA) and the population in Seocheon(SeoCH) were identified as the most related species, Macrophthalmus abbreviatus. Third, to analyze the genetic structure of the Macrophthalmus japonicus, the pairwise FST analysis was conducted, and the genetic distance between the Taean(TA) and Sacheon(SaCH) groups was confirmed to be the closest. Seocheon showed high values with three regions of Taean(TA), Sacheon(SaCH), and Jeju(JJ), confirming that genetic distance between groups is far from the same. In the molecular variance analysis(AMOVA), three groups were set based on the results of genetic diversity analysis. As a result, it was determined that there was no active gene transfer between the Seocheon group and the Taean group, Sacheon group, Jeju group.
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